JP2007096287A - Ｌｅｄ点灯装置及びｌｅｄ基板モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤを１個あるいは複数直列に接続した回路を並列に複数接続して発光部を構成する場合の各枝路に流れる点灯電流を、定電流電源を使用して均一に制御する。
【解決手段】定電流電源２の出力端子にＬＥＤ基板モジュール３-1，３-2，３-3を並列に接続するとともにバイアス回路４を並列に接続する。各ＬＥＤ基板モジュールは複数個のＬＥＤを直列に接続した回路にバイポーラトランジスタと電流検出抵抗素子とを直列に接続して構成される。バイポーラトランジスタのベースはバイアス回路に接続し、このバイアス回路から一定のバイアス電流が与えられる。各ＬＥＤ基板モジュールに流れる点灯電流は、それぞれのＬＥＤ基板モジュールのＬＥＤの順方向電圧にバラツキがあってもバイポーラトランジスタと電流検出抵抗素子によって均一になるように制御される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、発光ダイオードを発光部に使用したＬＥＤ点灯装置及びＬＥＤ基板モジュールに関する。

従来、発光ダイオードを発光部に使用したＬＥＤ点灯装置は、定電流で発光ダイオードを点灯制御するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平６−３２８７８２号公報

このようなＬＥＤ点灯装置において発光ダイオード（以下、ＬＥＤと称する。）を１個あるいは複数直列に接続した回路を並列に複数接続して発光部を構成する場合、各ＬＥＤの順方向電圧には製造上のバラツキがあるため、並列回路における各枝路に流れる点灯電流が均等にならないという問題が生じる。すなわち、順方向電圧が低い枝路に電流が集中するという問題が生じる。
しかも、順方向電圧が低い枝路では流れる電流が多くなるため発熱も多くなるという問題がある。ＬＥＤは半導体であるため、順方向電圧は負の温度特性を有している。このため、順方向電圧が低い枝路では発熱によって順方向電圧がさらに低下し、流れる電流が更に多くなる。

このような現象によって、ＬＥＤを１個あるいは複数直列に接続した回路を並列に複数接続して発光部を構成したＬＥＤ点灯装置では、順方向電圧が低い枝路に電流がより多く集中し、各枝路に流れる電流を均一に制御することができないという問題があった。
本発明は、ＬＥＤを１個あるいは複数直列に接続した回路を並列に複数接続して発光部を構成する場合において、各枝路に流れる点灯電流を、定電流電源を使用して均一に制御できるＬＥＤ点灯装置を提供する。

本発明は、ＬＥＤを１個あるいは複数直列に接続した回路を並列に複数接続して発光部を構成する場合において、各枝路に流れる点灯電流を、定電圧電源を使用して均一に制御できるＬＥＤ点灯装置を提供する。

本発明は、ＬＥＤを１個あるいは複数直列に接続した回路を並列に複数接続して発光部を構成する場合に適し、しかも、各枝路に流れる点灯電流を均一に制御するに適したＬＥＤ基板モジュールを提供する。

本発明は、ＬＥＤを１個あるいは複数直列に接続した回路を並列に複数接続して発光部を構成したものにおいて、各枝路に流れる点灯電流を、定電流電源を使用して均一に制御でき、しかも、発光部を簡単な構成にできるＬＥＤ点灯装置を提供する。

本発明は、ＬＥＤを１個あるいは複数直列に接続した回路を並列に複数接続して発光部を構成したものにおいて、各枝路に流れる点灯電流を、定電流電源を使用してより精度よく均一に制御できるＬＥＤ点灯装置を提供する。

本発明は、ＬＥＤを１個あるいは複数直列に接続した回路を、接続する発光ダイオードの数を異ならせて並列に複数接続して発光部を構成したものにおいて、各枝路に流れる点灯電流を、精度よく均一に制御できるＬＥＤ点灯装置を提供する。

本発明は、ＬＥＤを１個あるいは複数直列に接続した回路を、接続する発光ダイオードの数を異ならせて並列に複数接続して発光部を構成したものにおいて、各枝路に流れる点灯電流を、精度よく均一に制御でき、しかも、構成が簡単なＬＥＤ点灯装置を提供する。

本発明は、定電流電源と、１つ又は直列接続された複数の発光ダイオードとこの発光ダイオードに流れる点灯電流を制御する制御電極を設けた、例えば、トランジスタと抵抗素子からなる電流制御回路との直列回路を基板上に１つ又は複数個配置するとともに、直列回路の両端を定電流電源の出力端子に接続する１対の電源端子と制御電極に接続した制御端子との３端子を基板上に配置した複数のＬＥＤ基板モジュールと、定電流電源に接続し、基板上の制御端子にバイアス電流を供給するバイアス回路とを備えたＬＥＤ点灯装置にある。各ＬＥＤ基板モジュールでは発光ダイオードに均一な点灯電流が流れるように電流制御回路が制御される。

本発明は、定電圧電源と、１つ又は直列接続された複数の発光ダイオードとこの発光ダイオードに流れる点灯電流を制御する制御電極を設けた、例えば、トランジスタと抵抗素子からなる電流制御回路との直列回路を基板上に１つ又は複数個配置するとともに、直列回路の両端を定電圧電源の出力端子に接続する１対の電源端子と制御電極に接続した制御端子との３端子を基板上に配置した複数のＬＥＤ基板モジュールと、定電圧電源に接続し、基板上の制御端子に基準電圧を供給する基準電圧発生回路とを備えたＬＥＤ点灯装置にある。各ＬＥＤ基板モジュールでは発光ダイオードに均一な点灯電流が流れるように電流制御回路が制御される。

本発明は、１つ又は直列接続された複数の発光ダイオードとこの発光ダイオードに流れる点灯電流を制御する制御電極を設けた、例えば、トランジスタと抵抗素子からなる電流制御回路との直列回路を基板上に１つ又は複数個配置するとともに、直列回路の両端を直流電源の出力端子に接続する１対の電源端子と制御電極に接続した制御端子との３端子を基板上に配置したＬＥＤ基板モジュールにある。

本発明は、定電流電源と、１つ又は直列接続された複数の発光ダイオードと抵抗素子との直列回路を複数並列に接続し、定電流電源からの定電流供給により発光ダイオードを点灯するＬＥＤ発光部を具備し、各直列回路の抵抗素子は、発光ダイオードを所定電流で点灯したときに順方向電圧が最も高くなる直列回路の両端間電圧を基準電圧として、他の直列回路の両端間電圧が前記基準電圧と等しくなるように抵抗値を調整したＬＥＤ点灯装置にある。これにより、ＬＥＤ発光部の各枝路の発光ダイオードには均一な点灯電流が流れるようなる。

ここで、１つ又は直列接続された複数の発光ダイオードと抵抗素子との直列回路を複数並列に接続する構成とは、１つ又は直列接続された複数の発光ダイオードと抵抗素子との直列回路を複数並列に接続して１つのユニットを構成し、このユニットを複数並列に接続したものも含むものである。

本発明は、定電流電源と、１つ又は直列接続された複数の発光ダイオードとトランジスタとの直列回路を複数並列に接続し、定電流電源からの定電流供給により発光ダイオードを点灯するＬＥＤ発光部を具備し、各直列回路のトランジスタにおいては、発光ダイオードを所定電流で点灯したときに順方向電圧が最も高くなる直列回路のトランジスタは飽和領域で動作し、他の直列回路のトランジスタは能動領域で動作するＬＥＤ点灯装置にある。これにより、ＬＥＤ発光部の各枝路の発光ダイオードには均一な点灯電流が流れるようになる。

本発明は、直流電源と、１つ又は直列接続された複数の発光ダイオードとトランジスタと抵抗素子との直列回路を、それぞれ接続する発光ダイオードの数を異ならせて複数並列に接続したＬＥＤ発光部と、各直列回路のトランジスタのベースにそれぞれ接続し、各直列回路のトランジスタを、そのエミッタ電流が互いに等しくなるようにベース電流を制御する複数の制御回路を具備したＬＥＤ点灯装置にある。

また、各直列回路のトランジスタのベースに共通に接続し、各直列回路のトランジスタを、そのエミッタ電流が互いに等しくなるようにベース電流を制御する制御回路を具備したＬＥＤ点灯装置にある。
これにより、各直列回路のトランジスタのエミッタ電流が等しくなるので、コレクタ電流、すなわち、各直列回路の発光ダイオードに流れる電流は等しくなる。

また、各直列回路のトランジスタのベースを互いに接続し、各直列回路のうち、接続した発光ダイオード負荷が最も重い直列回路のトランジスタのコレクタ、ベースを短絡したＬＥＤ点灯装置にある。
この場合も、各直列回路のトランジスタのエミッタ電流が等しくなるので、コレクタ電流、すなわち、各直列回路の発光ダイオードに流れる電流は等しくなる。

本発明によれば、ＬＥＤを１個あるいは複数直列に接続した回路を並列に複数接続して発光部を構成する場合において、各枝路に流れる点灯電流を、定電流電源を使用して均一に制御できるＬＥＤ点灯装置を提供できる。

本発明によれば、ＬＥＤを１個あるいは複数直列に接続した回路を並列に複数接続して発光部を構成する場合において、各枝路に流れる点灯電流を、定電圧電源を使用して均一に制御できるＬＥＤ点灯装置を提供できる。

本発明によれば、ＬＥＤを１個あるいは複数直列に接続した回路を並列に複数接続して発光部を構成する場合に適し、しかも、各枝路に流れる点灯電流を均一に制御するに適したＬＥＤ基板モジュールを提供できる。

本発明によれば、ＬＥＤを１個あるいは複数直列に接続した回路を並列に複数接続して発光部を構成したものにおいて、各枝路に流れる点灯電流を、定電流電源を使用して均一に制御でき、しかも、発光部を簡単な構成にできるＬＥＤ点灯装置を提供できる。

本発明によれば、ＬＥＤを１個あるいは複数直列に接続した回路を並列に複数接続して発光部を構成したものにおいて、各枝路に流れる点灯電流を、定電流電源を使用してより精度よく均一に制御できるＬＥＤ点灯装置を提供できる。

本発明によれば、ＬＥＤを１個あるいは複数直列に接続した回路を、接続する発光ダイオードの数を異ならせて並列に複数接続して発光部を構成したものにおいて、各枝路に流れる点灯電流を、精度よく均一に制御できるＬＥＤ点灯装置を提供できる。

本発明によれば、ＬＥＤを１個あるいは複数直列に接続した回路を、接続する発光ダイオードの数を異ならせて並列に複数接続して発光部を構成したものにおいて、各枝路に流れる点灯電流を、精度よく均一に制御でき、しかも、構成が簡単なＬＥＤ点灯装置を提供できる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
図１に示すように、商用交流電源１に既知の定電流電源２を接続し、この定電流電源２から一定電流を出力している。前記定電流電源２の出力端子に、例えば、３個のＬＥＤ基板モジュール３-1，３-2，３-3を並列に接続するとともに、バイアス回路４を並列に接続している。

前記各ＬＥＤ基板モジュール３-1，３-2，３-3は、例えば、図２に示すように、複数個のＬＥＤ５を直列に接続した回路に、制御電極を設けた電流制御回路を直列に接続した直列回路からなり、前記電流制御回路は、例えば、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタ６とこのトランジスタ６のエミッタに直列に接続した電流検出抵抗素子７とで構成されている。そして、前記トランジスタ６のベースを制御電極としている。

前記ＬＥＤ５を直列に接続した回路のアノード側端を１つの電源端子８ａに接続し、前記電流検出抵抗素子７のトランジスタ６に接続しない側の端をもう１つの電源端子８ｂに接続し、前記トランジスタ６のベースを制御端子８ｃに接続している。前記電源端子８ａは前記定電流電源２の正極出力端子に接続され、前記電源端子８ｂは前記定電流電源２の負極出力端子に接続され、前記制御端子８ｃは前記バイアス回路４に接続される。

前記各ＬＥＤ基板モジュール３-1，３-2，３-3は、図２に示す回路を構成する回路素子を図３に示すように基板１１の上に配置している。すなわち、前記基板１１は、各ＬＥＤ５を中央に所定の間隔をあけて一列に配列し、一端側に前記電源端子８ａ，８ｂと制御端子８ｃの３つの端子を配置している。また、トランジスタ６と電流検出抵抗素子７は基板１１上の所定の位置に配置している。そして、各回路素子を配線パターンによって電気的に接続している。前記基板１１の両側には、この基板１１を器具に固定するときの取付け孔１２ａ，１２ｂが開けられている。

このような構成においては、各基板モジュール３-1，３-2，３-3に配置されているバイポーラトランジスタ６は、バイアス回路４から制御端子８ｃを介してベースに一定のバイアス電流が供給されて通電動作する。これにより、各基板モジュール３-1，３-2，３-3に配置されているＬＥＤ回路に点灯電流が流れ、各ＬＥＤ５は発光する。

点灯電流は電流検出抵抗素子７に流れ、これによりバイポーラトランジスタ６のエミッタ電位が決められる。点灯電流が増加するとエミッタ電位が高くなり、バイポーラトランジスタ６は導通度合いを抑制する方向に動作する。また、点灯電流が減少するとエミッタ電位が低くなり、バイポーラトランジスタ６は導通度合いを増加させる方向に動作する。

このようにして、定電流電源２を使用した場合に、各基板モジュール３-1，３-2，３-3のＬＥＤ５、すなわち、各枝路のＬＥＤ５に流れる点灯電流は均一になるように制御される。すなわち、各ＬＥＤ５の順方向電圧にバラツキがあって各基板モジュール３-1，３-2，３-3におけるＬＥＤ回路の合計順方向電圧に差が生じても、それぞれのバイポーラトランジスタ６によって点灯電流が均一になるように制御される。これにより、各基板モジュール３-1，３-2，３-3の各ＬＥＤ５は略均一に発光するようになる。

また、各基板モジュール３-1，３-2，３-3は、基板１１上にＬＥＤ５、トランジスタ６等の回路素子を配置してコンパクト化を図っているので器具に取付ける場合に取付けが容易になる。また、各基板モジュール３-1，３-2，３-3を並列に接続して発光部を構成する場合に適し組み立てが容易にできる。さらに、基板１１の端部に電源端子８ａ，８ｂと制御端子８ｃの３つの端子を配置しているので、定電流電源２への接続やバイアス回路４への接続が容易にできる。

なお、この実施の形態では、各基板モジュール３-1，３-2，３-3の回路を、複数個のＬＥＤ５を直列に接続した回路に、バイポーラトランジスタ６と電流検出抵抗素子７との直列回路を直列接続した回路で構成したものについて述べたがこれに限定するものではない。

例えば、図４に示すように、図２の構成に、さらに、電源端子８ａと制御端子８ｃとの間にバイアス用抵抗素子９を接続し、制御端子８ｃと電源端子８ｂとの間にバイアス用抵抗素子１０を接続した回路構成であってもよい。

また、図５に示すように、複数個のＬＥＤ５-1を直列に接続した回路に、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタ６-1と電流検出抵抗素子７-1を直列に接続した直列回路と、複数個のＬＥＤ５-2を直列に接続した回路に、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタ６-2と電流検出抵抗素子７-2を直列に接続した直列回路との並列回路からなる回路構成であってもよい。なお、並列回路については複数個のＬＥＤ５を直列に接続した回路に、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタ６と電流検出抵抗素子７を直列に接続した直列回路を２個並列に接続したものに限られるものではなく、３個以上を並列に接続したものであってもよい。
さらに、各直列回路に使用するＬＥＤは複数個に限られず１個であってもよい。

（第２の実施の形態）
なお、前述した第１の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付し詳細な説明は省略する。図６に示すように、商用交流電源１に既知の定電圧電源１２を接続し、この定電圧電源１２から一定電圧を出力している。

前記定電圧電源１２の出力端子に、例えば、３個のＬＥＤ基板モジュール３-1，３-2，３-3を並列に接続するとともに、基準電圧発生回路１３を並列に接続している。

前記基準電圧発生回路１３は、一定の基準電圧を発生して前記各ＬＥＤ基板モジュール３-1，３-2，３-3の制御端子８ｃに印加している。前記各ＬＥＤ基板モジュール３-1，３-2，３-3の回路構成は図２に示す構成になっている。なお、この場合も各ＬＥＤ基板モジュール３-1，３-2，３-3の回路構成は図２に限定されるものではなく、図４及び図５の構成であってもよい。

このような構成においては、各基板モジュール３-1，３-2，３-3に配置されているバイポーラトランジスタ６は、基準電圧発生回路１３から制御端子８ｃを介してベースに一定の基準電圧が印加されて通電動作する。これにより、各基板モジュール３-1，３-2，３-3に配置されている枝路のＬＥＤ回路に点灯電流が流れ、各ＬＥＤ５は発光する。

点灯電流は電流検出抵抗素子７に流れ、これによりバイポーラトランジスタ６のエミッタ電位が決められる。点灯電流が増加するとエミッタ電位が高くなり、バイポーラトランジスタ６は導通度合いを抑制する方向に動作する。また、点灯電流が減少するとエミッタ電位が低くなり、バイポーラトランジスタ６は導通度合いを増加させる方向に動作する。

このようにして定電圧電源１２を使用した場合にも各基板モジュール３-1，３-2，３-3のＬＥＤ５、すなわち、各枝路のＬＥＤ５に流れる点灯電流は均一になるように制御される。すなわち、各ＬＥＤ５の順方向電圧にバラツキがあって各基板モジュール３-1，３-2，３-3におけるＬＥＤ５の直列回路の合計順方向電圧に差が生じても、それぞれのバイポーラトランジスタ６によって点灯電流が均一になるように制御される。これにより、各基板モジュール３-1，３-2，３-3の各ＬＥＤ５は略均一に発光するようになる。

（第３の実施の形態）
図７に示すように、商用交流電源１に定電流電源２０を接続し、この定電流電源２０にＬＥＤ発光部３０を接続している。

前記定電流電源２０は、前記商用交流電源１に全波整流回路２１の入力端子を接続している。そして、前記全波整流回路２１の出力端子間に平滑コンデンサ２２を接続し、この平滑コンデンサ２２にＭＯＳ型ＦＥＴ（電界効果形トランジスタ）２３及びインダクタ２４を直列に介してコンデンサ２５を並列に接続している。前記コンデンサ２５に前記インダクタ２４を介してダイオード２６を逆極性にして並列に接続している。

前記定電流電源２０は、前記インダクタ２４とコンデンサ２５の一端との接続点を正極側出力端子２０ａに接続し、前記コンデンサ２５の他端を、抵抗素子２７を直列に介して負極側出力端子２０ｂに接続している。そして、前記抵抗素子２７と負極側出力端子２０ｂとの接続点に発生する電圧を誤差アンプ２８の一方に入力端子に入力している。前記誤差アンプ２８の他方の入力端子には基準電圧Ｖrefが入力されている。

前記誤差アンプ２８は基準電圧Ｖrefと抵抗素子２７の両端間に発生する電圧との誤差を増幅して前記ＦＥＴ２３をスイッチング駆動する駆動部２９に供給している。前記駆動部２９は前記ＦＥＴ２３をオン、オフ駆動するもので、前記誤差アンプ２８からの誤差出力によって出力端子２０ａ，２０ｂから一定電流が出力されるように前記ＦＥＴ２３のオンデューティを制御するようになっている。

前記ＬＥＤ発光部３０は、複数のＬＥＤ３１-1を直列に接続した回路と抵抗素子３２-1との直列回路、複数のＬＥＤ３１-2を直列に接続した回路と抵抗素子３２-2との直列回路、複数のＬＥＤ３１-3を直列に接続した回路と抵抗素子３２-3との直列回路、…、複数のＬＥＤ３１-nを直列に接続した回路と抵抗素子３２-nとの直列回路を互いに並列に接続して構成されている。すなわち、各直列回路は枝路を構成している。

そして、前記ＬＥＤを直列に接続した回路のアノード側端を前記定電流電源２０の正極側出力端子２０ａに接続する一方の入力端子３０ａに接続し、各抵抗素子３２-1〜３２-nのＬＥＤに接続しない側の端を前記定電流電源２０の負極側出力端子２０ｂに接続する他方の入力端子３０ｂに接続している。

前記ＬＥＤ発光部３０は、予め各直列回路の抵抗素子３２-1〜３２-nの抵抗値を調整している。すなわち、予め直列回路毎に複数のＬＥＤに対して所定電流を流して点灯させ、順方向電圧が最も高くなる直列回路を見つけ出し、その直列回路の両端間電圧を基準電圧として設定する。そして、他の直列回路においても所定電流を流したときにその直列回路の両端間電圧が基準電圧に等しくなるようにそれぞれの抵抗素子の抵抗値を調整する。

このような構成においては、定電流電源２０からＬＥＤ発光部３０に一定電流が供給される。ＬＥＤ発光部３０は、複数のＬＥＤ３１-1を直列に接続した回路、複数のＬＥＤ３１-2を直列に接続した回路、複数のＬＥＤ３１-3を直列に接続した回路、…、複数のＬＥＤ３１-nを直列に接続した回路の順方向電圧が異なっていても、抵抗素子３２-1〜３２-nを接続した全体の直列回路については、所定電流を通電したときの両端間電圧が基準電圧に一致するように抵抗素子３２-1〜３２-nの抵抗値が調整されている。

従って、複数のＬＥＤ３１-1を直列に接続した回路と抵抗素子３２-1との直列回路、複数のＬＥＤ３１-2を直列に接続した回路と抵抗素子３２-2との直列回路、複数のＬＥＤ３１-3を直列に接続した回路と抵抗素子３２-3との直列回路、…、複数のＬＥＤ３１-nを直列に接続した回路と抵抗素子３２-nとの直列回路、すなわち、各枝路に流れる点灯電流は均一になる。

これにより、複数のＬＥＤ３１-1も、複数のＬＥＤ３１-2も、複数のＬＥＤ３１-3も、…、複数のＬＥＤ３１-nもそれぞれ等しく発光するようになり、ＬＥＤ発光部３０は良好な発光動作を行うことになる。しかも、ＬＥＤ発光部３０としては複数個のＬＥＤの他は複数個の抵抗素子３２-1〜３２-nを使用しているのみなので、構成は簡単である。
なお、この実施の形態では各枝路に複数のＬＥＤを直列に接続した回路を使用したが、各枝路に使用するＬＥＤは１個であってもよい。

（第４の実施の形態）
なお、この実施の形態はＬＥＤ発光部の変形例について述べる。電源としては第３の実施の形態で使用した定電流電源２０と同一のものを使用する。
この実施の形態のＬＥＤ発光部４０は、図８に示すように、複数のＬＥＤ３１-1を直列に接続した回路とトランジスタ、例えばＮＰＮ型のバイポーラトランジスタ４１-1とこのバイポーラトランジスタ４１-1のエミッタに接続した抵抗素子４２-1との直列回路、複数のＬＥＤ３１-2を直列に接続した回路とトランジスタ、例えばＮＰＮ型のバイポーラトランジスタ４１-2とこのバイポーラトランジスタ４１-2のエミッタに接続した抵抗素子４２-2との直列回路、複数のＬＥＤ３１-3を直列に接続した回路とトランジスタ、例えばＮＰＮ型のバイポーラトランジスタ４１-3とこのバイポーラトランジスタ４１-3のエミッタに接続した抵抗素子４２-3との直列回路、…、複数のＬＥＤ３１-nを直列に接続した回路とトランジスタ、例えばＮＰＮ型のバイポーラトランジスタ４１-nとこのバイポーラトランジスタ４１-nのエミッタに接続した抵抗素子４２-nとの直列回路を互いに並列に接続している。すなわち、各直列回路は枝路を構成している。前記各抵抗素子４２-1〜４２-nは電流検出抵抗である。

そして、前記ＬＥＤを直列に接続した回路のアノード側端を定電流電源（図示せず）の正極側出力端子に接続する一方の入力端子４０ａに接続し、各抵抗素子４２-1〜４２-nのトランジスタに接続しない側の端を前記定電流電源の負極側出力端子に接続する他方の入力端子４０ｂに接続している。前記各バイポーラトランジスタ４１-1〜４１-nのベース、コレクタ間に、それぞれダイオード４３-1〜４３-nを、アノード端子をベース側にして接続している。

また、前記入力端子４０ａ，４０ｂ間に、抵抗素子４４と４５との直列回路からなるバイアス回路を接続している。そして、前記抵抗素子４４，４５の接続点を前記各バイポーラトランジスタ４１-1〜４１-nのベースに接続している。

前記ＬＥＤ発光部４０は、予め枝路毎にＬＥＤに対して所定電流を流して点灯させ、順方向電圧が最も高くなる枝路を見つけ出し、その枝路のバイポーラトランジスタのみが飽和領域で動作するようにバイアス回路の抵抗素子４４，４５の抵抗値、各抵抗素子４２-1〜４２-nの抵抗値を設定する。

例えば、ＬＥＤ発光部４０が１６個のＬＥＤを直列に接続した回路を備えた直列回路を１６個並列に接続した構成で、このＬＥＤ発光部４０に定電流電源（図示せず）から４００ｍＡの定電流を供給すると、各枝路には２５ｍＡの点灯電流が流れることになる。

このＬＥＤ発光部４０において、抵抗素子４４の抵抗値を１５ＫΩ、抵抗素子４５の抵抗値を２．２ＫΩ、各抵抗素子４２-1〜４２-nの抵抗値を２２Ωに設定し、順方向電圧が最も高くなる１つの枝路のバイポーラトランジスタが飽和領域で動作すると、他の１５個の枝路のバイポーラトランジスタが能動領域で動作するようになる。

このような構成においては、例えば、複数のＬＥＤ３１-nを直列に接続した回路の順方向電圧が最も高いとすると、この回路に接続しているバイポーラトランジスタ４１-nのみが飽和領域で動作し、他の１５個の枝路のバイポーラトランジスタ４１-1〜は能動領域で動作する。

例えば、並列接続されたＡ、Ｂ、Ｃ、３つのＬＥＤ直列回路があると仮定し、Ａ回路の順方向電圧ＶＦが１０Ｖ、Ｂ回路の順方向電圧ＶＦが９Ｖ、Ｃ回路の順方向電圧ＶＦが８Ｖであったと仮定する。また、ＬＥＤ直列回路に接続するバイポーラトランジスタの電流増幅率ｈFEを１００と仮定する。

３つのＬＥＤ直列回路に接続された３個のバイポーラトランジスタのベース端子一括に対して、１ｍＡのバイアス電流を供給する。この値は、６０ｍＡの全負荷電流の１／ｈFE：０．６ｍＡより充分に大きいので、３つのＬＥＤ直列回路が平衡しているとすれば、全てのバイポーラトランジスタを飽和させることができる。

並列接続された３つのＬＥＤ直列回路に、一括して定電流源から６０ｍＡの電流を供給する。この場合、供給した電流は、Ａ、Ｂ、Ｃ、３つのＬＥＤ直列回路に分流して流れる。ＡのＬＥＤ直列回路の順方向電圧ＶＦが最も高いので、Ａ回路のバイポーラトランジスタのコレクタ−エミッタ間電圧が最も低くなり、Ｂ、Ｃ回路のバイポーラトランジスタのコレクタ−エミッタ間にはＡ回路よりも大きな電圧が加わる。能動動作に必要なコレクタ−エミッタ間電圧が確保されるので、Ｂ回路、Ｃ回路は能動状態動作を行い、コレクタ電流の１／ｈFEのベース電流（約０．４ｍＡ）がベース端子に流れ込む。

バイアス回路から供給されるバイアス電流のうち、Ｂ回路及びＣ回路に流れ込まない分の電流（約０．６ｍＡ）は、すべてＡ回路のベースに流れ込み、Ａ回路のバイポーラトランジスタを深く飽和させる。深い飽和により、コレクタ−エミッタ間電圧は、例えば、０．２Ｖ程度の低い値まで低下する。

以上のように、順方向電圧の最も高いＬＥＤ直列回路のバイポーラトランジスタが飽和することで、ベース電位が決まり、他のＬＥＤ直列回路のバイポーラトランジスタは能動状態を保ち、従属的に定電流回路として動作する。

なお、飽和するバイポーラトランジスタは他のバイポーラトランジスタに比べてベース電流が大となるので、ベース−エミッタ間電圧は能動状態の他のバイポーラトランジスタに比べて若干高くなる。従って、飽和するバイポーラトランジスタのエミッタと抵抗素子との接続点の電圧は、能動状態で動作する他のバイポーラトランジスタのエミッタと抵抗素子との接続点の電圧に比べて若干低くなる。

結果として、飽和するバイポーラトランジスタを接続した回路のＬＥＤ電流は他の回路のＬＥＤ電流に比較して若干低下する。そこで、飽和するバイポーラトランジスタのエミッタと抵抗素子との接続点の電圧を大きくするようにその抵抗素子の抵抗値を大きく設計することで、電流のアンバランスは改善できる。

以上のような動作原理のもとで、定電流回路の負担電圧は最小限の電圧（バイポーラトランジスタのベース、エミッタ間飽和電圧＋エミッタ抵抗＝抵抗素子の端電圧）に保たれるので、損失が最小となるように自動的に動作点が定まり、よって、システム効率を高く維持することができる。
なお、ここでは定電流源からの供給電流を６０ｍＡと仮定して説明したが、バイアス電流が充分に供給されるように回路定数が設定されていれば、任意の供給電流に対して同様の電流バランス動作を行うものである。

こうして、この実施の形態では、バイポーラトランジスタ４１-nのみが飽和領域で動作し、他の１５個の枝路のバイポーラトランジスタ４１-1〜は能動領域で動作することになる。その結果、ＬＥＤ発光部４０を構成する全ての枝路の両端間電圧が等しくなるように制御が行われ、各枝路に流れる点灯電流は精度よく均一になる。これにより、複数のＬＥＤ３１-1も、複数のＬＥＤ３１-2も、複数のＬＥＤ３１-3も、…、複数のＬＥＤ３１-nもそれぞれ等しく発光するようになり、ＬＥＤ発光部３０は良好な発光動作を行うことになる。

しかも、各枝路においてはバイポーラトランジスタの動作点が、損失が最小となるように自動的に定まるので、システム効率を高めることができる。
なお、この実施の形態では各枝路に複数のＬＥＤを直列に接続した回路を使用したが、各枝路に使用するＬＥＤは１個であってもよい。

（第５の実施の形態）
なお、この実施の形態はＬＥＤ発光部において、各枝路に接続される発光ダイオードの数が異なる変形例について述べる。
図９に示すように、商用交流電源１に定電圧電源５０を接続している。ここでは、定電圧電源を使用したがこれに限定するものではなく、定電流電源でも、また、単なる直流電源であっても良い。

前記定電圧電源５０に、ＬＥＤ発光部５１を接続している。前記ＬＥＤ発光部５１は、１個の発光ダイオード５２からなる回路、２個の発光ダイオード５３，５４を直列に接続した回路及び３個の発光ダイオード５５，５６，５７を直列に接続した回路をそれぞれ枝路とし、平準化回路５８を介して互いに並列に接続し、その並列回路を前記定電圧電源５０の出力端子(+)５０ａ、出力端子(-)５０ｂに接続している。なお、ここでは接続する発光ダイオードの数を、１個、２個、３個にしたがこれに限定されないのは勿論である。

前記ＬＥＤ発光部５１は、具体的には、図１０に示すように、前記発光ダイオード５２とＮＰＮ型のバイポーラトランジスタ５９と抵抗素子６０との直列回路、前記発光ダイオード５３，５４とＮＰＮ型のバイポーラトランジスタ６１と抵抗素子６２との直列回路、前記発光ダイオード５５，５６，５７とＮＰＮ型のバイポーラトランジスタ６３と抵抗素子６４との直列回路を互いに並列に接続し、その並列回路を前記定電圧電源５０の出力端子(+)５０ａ，出力端子(-)５０ｂに接続している。

そして、前記発光ダイオード５２とトランジスタ５９と抵抗素子６０との直列回路に、前記トランジスタ５９のベース電流を制御する第１の制御回路６５を並列に接続している。前記第１の制御回路６５は、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタ６６を設け、このトランジスタ６６のコレクタ及びベースを前記トランジスタ５９のベースに接続するとともに抵抗素子６７を直列に介して前記出力端子(+)に接続し、エミッタを、抵抗素子６８を直列に介して前記出力端子(-)に接続している。

前記発光ダイオード５３，５４とトランジスタ６１と抵抗素子６２との直列回路に、前記トランジスタ６１のベース電流を制御する第２の制御回路６９を並列に接続している。前記第２の制御回路６９は、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタ７０を設け、このトランジスタ７０のコレクタ及びベースを前記トランジスタ６１のベースに接続するとともに抵抗素子７１を直列に介して前記出力端子(+)に接続し、エミッタを、抵抗素子７２を直列に介して前記出力端子(-)に接続している。

前記発光ダイオード５５，５６，５７とトランジスタ６３と抵抗素子６４との直列回路に、前記トランジスタ６３のベース電流を制御する第３の制御回路７３を並列に接続している。前記第３の制御回路７３は、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタ７４を設け、このトランジスタ７４のコレクタ及びベースを前記トランジスタ６３のベースに接続するとともに抵抗素子７５を直列に介して前記出力端子(+)に接続し、エミッタを、抵抗素子７６を直列に介して前記出力端子(-)に接続している。

このＬＥＤ発光部５１において、前記各トランジスタ５９，６１，６３，６６，７０，７４及び抵抗素子６０，６２，６４，６７，６８，７１，７２，７５，７６は前記平準化回路５８を構成している。

前記平準化回路５８においては、前記抵抗素子６０の抵抗値は発光ダイオード５２とトランジスタ５９の直列回路の順方向電圧に応じて設定され、前記抵抗素子６２の抵抗値は発光ダイオード５３，５４とトランジスタ６１の直列回路の順方向電圧に応じて設定され、前記抵抗素子６４の抵抗値は発光ダイオード５５，５６，５７とトランジスタ６３の直列回路の順方向電圧に応じて設定される。従って、前記抵抗素子６０，６２，６４の抵抗値は接続される発光ダイオードの数により異なる。また、各制御回路６５，６９，７３の抵抗素子６７，７１，７５は互いに等しく、また、抵抗素子６８，７２，７６も互いに等しくなっている。

このような構成においては、第１の制御回路６５に通電が開始され、トランジスタ６６が動作すると、トランジスタ５９がベース電流を制御されて動作する。このとき、トランジスタ６６のエミッタ電流とトランジスタ５９のエミッタ電流が等しくなるようにトランジスタ５９が制御される。こうして、発光ダイオード５２にはトランジスタ５９及び抵抗素子６０を介して一定電流が流れる。

また、第２の制御回路６９に通電が開始され、トランジスタ７０が動作すると、トランジスタ６１がベース電流を制御されて動作する。このとき、トランジスタ７０のエミッタ電流とトランジスタ６１のエミッタ電流が等しくなるようにトランジスタ６１が制御される。こうして、発光ダイオード５３，５４の直列回路にはトランジスタ６１を介して一定電流が流れる。

また、第３の制御回路７３に通電が開始され、トランジスタ７４が動作すると、トランジスタ６３がベース電流を制御されて動作する。このとき、トランジスタ７４のエミッタ電流とトランジスタ６３のエミッタ電流が等しくなるようにトランジスタ６３が制御される。こうして、発光ダイオード５５，５６，５７の直列回路にはトランジスタ６３を介して一定電流が流れる。

そして、各制御回路６５，６９，７３は、同一の回路構成になっているので、各制御回路６５，６９，７３が制御するトランジスタ５９，６１，６３のエミッタ電流は等しくなり、従って、発光ダイオード５２に流れる一定電流、発光ダイオード５３，５４の直列回路に流れる一定電流、発光ダイオード５５，５６，５７の直列回路に流れる一定電流は等しくなる。こうして、枝路である各直列回路に流れる発光ダイオードの点灯電流を精度よく均一に制御できる。

（第６の実施の形態）
この実施の形態もＬＥＤ発光部において、各枝路に接続される発光ダイオードの数が異なる変形例について述べる。なお、前述した第５の実施の形態と同一の部分については同一符号を付し、詳細な説明は省略する。

この実施の形態のＬＥＤ発光部８１は、図１１に示すように、平準化回路として、第１の制御回路６５のみを使用した平準化回路５８１を使用している。すなわち、前記平準化回路５８１は、前記第１の制御回路６５のトランジスタ６６のコレクタ及びベースを、発光ダイオードを接続している各直列回路のトランジスタ５９，６１，６３のベースにそれぞれ接続している。その他の構成は、前述した第５の実施の形態と同一である。

このような構成においても、第１の制御回路６５に通電が開始され、トランジスタ６６が動作すると、トランジスタ５９，６１，６３がそれぞれベース電流を制御されて動作する。このとき、トランジスタ６６のエミッタ電流とトランジスタ５９，６１，６３のエミッタ電流が等しくなるようにトランジスタ５９，６１，６３が制御される。こうして、発光ダイオード５２にはトランジスタ５９及び抵抗素子６０を介して一定電流が流れ、発光ダイオード５３，５４の直列回路にはトランジスタ６１を介して一定電流が流れ、発光ダイオード５５，５６，５７の直列回路にはトランジスタ６３を介して一定電流が流れ、しかも、互いに等しい電流が流れる。

従って、この実施の形態においても、前述した第５の実施の形態と同様に、枝路である各直列回路に流れる発光ダイオードの点灯電流を精度よく均一に制御できる。
また、この実施の形態では、制御回路を各直列回路に対して共通にできるので、平準化回路５８１の構成は簡単になる。

（第７の実施の形態）
この実施の形態もＬＥＤ発光部において、各枝路に接続される発光ダイオードの数が異なる変形例について述べる。なお、前述した第５の実施の形態と同一の部分については同一符号を付し、詳細な説明は省略する。

この実施の形態のＬＥＤ発光部９１は、図１２に示すように、平準化回路として、共通の制御回路９２を使用した平準化回路５８２を使用している。前記制御回路９２は、前記出力端子(+)５０ａと出力端子(-)５０ｂとの間に、抵抗素子９３と抵抗素子９４との直列回路を接続し、その抵抗素子９３と抵抗素子９４との接続点に、ＰＮＰ型のバイポーラトランジスタ９５のエミッタを接続している。前記トランジスタ９５は、ベースを、ツェナーダイオード９６を介して前記出力端子(-)５０ｂに接続し、コレクタを各直列回路のトランジスタ５９，６１，６３のベースに接続している。その他の構成は、前述した第５の実施の形態と同一である。

このような構成においても、制御回路９２に通電が開始されると、トランジスタ９５が動作し、このトランジスタ９５を介して各トランジスタ５９，６１，６３のベースに一定の電圧が印加する。これにより、各トランジスタ５９，６１，６３が動作し、各トランジスタ５９，６１，６３は互いにエミッタ電流が等しくなるように制御される。こうして、発光ダイオード５２にはトランジスタ５９及び抵抗素子６０を介して一定電流が流れ、発光ダイオード５３，５４の直列回路にはトランジスタ６１を介して一定電流が流れ、発光ダイオード５５，５６，５７の直列回路にはトランジスタ６３を介して一定電流が流れ、しかも、互いに等しい電流が流れる。

従って、この実施の形態においても、前述した第５の実施の形態と同様に、枝路である各直列回路に流れる発光ダイオードの点灯電流を精度よく均一に制御できる。
また、この実施の形態においても、制御回路を各直列回路に対して共通にできるので、平準化回路５８２の構成は簡単になる。

（第８の実施の形態）
この実施の形態もＬＥＤ発光部において、各枝路に接続される発光ダイオードの数が異なる変形例について述べる。なお、前述した第５の実施の形態と同一の部分については同一符号を付し、詳細な説明は省略する。

この実施の形態のＬＥＤ発光部１０１は、図１３に示すように、平準化回路として、各直列回路のトランジスタ５９，６１，６３のベースを互いに接続するとともに、接続した発光ダイオード負荷が最も重い直列回路、すなわち、３個の発光ダイオード５５，５６，５７を接続した直列回路の前記トランジスタ６３のコレクタとベースを短絡した平準化回路５８３を使用している。

このような構成においては、先ず発光ダイオード５５，５６，５７の直列回路に接続したトランジスタ６３のコレクタから短絡回路を介して各トランジスタ５９，６１，６３のベースに同じベース電流が流れ、これにより、各トランジスタ５９，６１，６３に同じエミッタ電流が流れる。

こうして、発光ダイオード５２にはトランジスタ５９及び抵抗素子６０を介して一定電流が流れ、発光ダイオード５３，５４の直列回路にはトランジスタ６１を介して一定電流が流れ、発光ダイオード５５，５６，５７の直列回路にはトランジスタ６３を介して一定電流が流れ、しかも、互いに等しい電流が流れる。

従って、この実施の形態においても、前述した第５の実施の形態と同様に、枝路である各直列回路に流れる発光ダイオードの点灯電流を精度よく均一に制御できる。
また、この実施の形態では、別途制御回路を使用しないので、平準化回路５８３の構成はさらに簡単になる。

本発明の第１の実施の形態に係る全体構成を示すブロック図。 同実施の形態におけるＬＥＤ基板モジュールの回路例を示す図。 同実施の形態におけるＬＥＤ基板モジュールの外観を示す図。 同実施の形態におけるＬＥＤ基板モジュールの他の回路例を示す図。 同実施の形態におけるＬＥＤ基板モジュールの他の回路例を示す図。 本発明の第２の実施の形態に係る全体構成を示すブロック図。 本発明の第３の実施の形態に係る全体構成を示す回路図。 本発明の第４の実施の形態に係るＬＥＤ発光部の回路図。 本発明の第５の実施の形態に係る全体構成を示すブロック図。 同実施の形態に係るＬＥＤ発光部の回路図。 本発明の第６の実施の形態に係るＬＥＤ発光部の回路図。 本発明の第７の実施の形態に係る全体構成を示す回路図。 本発明の第８の実施の形態に係るＬＥＤ発光部の回路図。

符号の説明

２…定電流電源、３-1，３-2，３-3…ＬＥＤ基板モジュール、４…バイアス回路、５…ＬＥＤ（発光ダイオード）、６…バイポーラトランジスタ、７…電流検出抵抗素子、８ａ，８ｂ…電源端子、８ｃ…制御端子。

Claims (10)

1. 定電流電源と、
   １つ又は直列接続された複数の発光ダイオードとこの発光ダイオードに流れる点灯電流を制御する制御電極を設けた電流制御回路との直列回路を、基板上に１つ又は複数個配置するとともに、前記直列回路の両端を前記定電流電源の出力端子に接続する１対の電源端子と前記制御電極に接続した制御端子との３端子を前記基板上に配置した、複数のＬＥＤ基板モジュールと、
   前記定電流電源に接続し、前記基板上の制御端子にバイアス電流を供給するバイアス回路と、
   を具備したことを特徴とするＬＥＤ点灯装置。
2. 定電圧電源と、
   １つ又は直列接続された複数の発光ダイオードとこの発光ダイオードに流れる点灯電流を制御する制御電極を設けた電流制御回路との直列回路を、基板上に１つ又は複数個配置するとともに、前記直列回路の両端を前記定電圧電源の出力端子に接続する１対の電源端子と前記制御電極に接続した制御端子との３端子を前記基板上に配置した、複数のＬＥＤ基板モジュールと、
   前記定電圧電源に接続し、前記基板上の制御端子に基準電圧を供給する基準電圧発生回路と、
   を具備したことを特徴とするＬＥＤ点灯装置。
3. １つ又は直列接続された複数の発光ダイオードとこの発光ダイオードに流れる点灯電流を制御する制御電極を設けた電流制御回路との直列回路を、基板上に１つ又は複数個配置するとともに、前記直列回路の両端を直流電源の出力端子に接続する１対の電源端子と前記制御電極に接続した制御端子との３端子を前記基板上に配置したことを特徴とするＬＥＤ基板モジュール。
4. 電流制御回路は、ベースを制御電極としたバイポーラトランジスタと、点灯電流を電圧に変換して前記バイポーラトランジスタに電流制御を行わせる電流検出抵抗素子によって形成したことを特徴とする請求項３記載のＬＥＤ基板モジュール。
5. 電流制御回路の制御電極にバイアス電圧を供給するための回路を接続したことを特徴とする請求項３又は４記載のＬＥＤ基板モジュール。
6. 定電流電源と、
   １つ又は直列接続された複数の発光ダイオードと抵抗素子との直列回路を複数並列に接続し、前記定電流電源からの定電流供給により前記発光ダイオードを点灯するＬＥＤ発光部を具備し、
   前記各直列回路の抵抗素子は、発光ダイオードを所定電流で点灯したときに順方向電圧が最も高くなる直列回路の両端間電圧を基準電圧として、他の直列回路の両端間電圧が前記基準電圧と等しくなるように抵抗値を調整したことを特徴とするＬＥＤ点灯装置。
7. 定電流電源と、
   １つ又は直列接続された複数の発光ダイオードとトランジスタとの直列回路を複数並列に接続し、前記定電流電源からの定電流供給により前記発光ダイオードを点灯するＬＥＤ発光部を具備し、
   前記各直列回路のトランジスタにおいては、発光ダイオードを所定電流で点灯したときに順方向電圧が最も高くなる直列回路のトランジスタは飽和領域で動作し、他の直列回路のトランジスタは能動領域で動作することを特徴とするＬＥＤ点灯装置。
8. 直流電源と、
   １つ又は直列接続された複数の発光ダイオードとトランジスタと抵抗素子との直列回路を、それぞれ接続する発光ダイオードの数を異ならせて複数並列に接続したＬＥＤ発光部と、
   前記各直列回路のトランジスタのベースにそれぞれ接続し、前記各直列回路のトランジスタを、そのエミッタ電流が互いに等しくなるようにベース電流を制御する複数の制御回路を具備したことを特徴とするＬＥＤ点灯装置。
9. 直流電源と、
   １つ又は直列接続された複数の発光ダイオードとトランジスタと抵抗素子との直列回路を、それぞれ接続する発光ダイオードの数を異ならせて複数並列に接続したＬＥＤ発光部と、
   前記各直列回路のトランジスタのベースに共通に接続し、前記各直列回路のトランジスタを、そのエミッタ電流が互いに等しくなるようにベース電流を制御する制御回路を具備したことを特徴とするＬＥＤ点灯装置。
10. 直流電源と、
    １つ又は直列接続された複数の発光ダイオードとトランジスタと抵抗素子との直列回路を、それぞれ接続する発光ダイオードの数を異ならせて複数並列に接続したＬＥＤ発光部とを具備し、
    前記各直列回路のトランジスタのベースを互いに接続し、前記各直列回路のうち、接続した発光ダイオード負荷が最も重い直列回路のトランジスタのコレクタ、ベースを短絡したことを特徴とするＬＥＤ点灯装置。

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